JP2008248343A - Aluminum-based alloy - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム基合金に関する。 The present invention relates to an aluminum-based alloy containing aluminum as a main component.
従来のアルミニウム基合金は、一般に硬度が低く、耐熱性も低い。近年、アルミニウム基合金の溶湯（以下、単に「合金溶湯」という）を急冷凝固させることで合金の組織を微細化し、アルミニウム基合金の強度等の機械的特性や耐食性等の化学的特性を改善する試みがなされているものの、得られるアルミニウム基合金の強度、耐熱性等の特性は充分ではない。
ところで、液体急冷法によって生成するアルミニウム基合金の非平衡・準周期構造に着目すると、非晶質（アモルファス）相や準結晶相を有するアルミニウム基合金が挙げられる。このアルミニウム基合金は、結晶相を有する一般的なアルミニウム基合金と比較して、機械的特性や化学的特性に優れる。特に、後記する特許文献１および特許文献２に開示されたアルミニウム基合金は、希土類元素を含むものであって、非晶質（アモルファス）相、またはこの非晶質相と微細結晶相との混合組織を有している。そして、このアルミニウム基合金は、強度、耐熱性、耐食性に優れていると共に、曲げ等の加工性にも優れている。したがって、このアルミニウム基合金は、高強度材料、高耐摩耗性材料として有用である。ちなみに、前記微細結晶相は、アルミニウムマトリクスからなる金属固溶体相、微細な結晶からなるアルミニウムマトリクス相、および安定または準安定な金属間化合物相で構成された複合体からなっている。
By the way, paying attention to the non-equilibrium / quasi-periodic structure of an aluminum-based alloy produced by the liquid quenching method, there can be mentioned an aluminum-based alloy having an amorphous phase or a quasicrystalline phase. This aluminum-based alloy is excellent in mechanical characteristics and chemical characteristics as compared with a general aluminum-based alloy having a crystal phase. In particular, the aluminum-base alloys disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 described later contain rare earth elements, and are amorphous (amorphous) phases, or a mixture of these amorphous phases and fine crystalline phases. Has an organization. The aluminum-based alloy is excellent in strength, heat resistance, and corrosion resistance, and is excellent in workability such as bending. Therefore, this aluminum-based alloy is useful as a high-strength material and a high wear-resistant material. Incidentally, the fine crystalline phase is composed of a composite composed of a metal solid solution phase made of an aluminum matrix, an aluminum matrix phase made of fine crystals, and a stable or metastable intermetallic compound phase.
しかしながら、特許文献１および特許文献２のアルミニウム基合金は、高活性なＹ、Ｃｅを含む高価な希土類元素を含有するためにコストが高くなるばかりでなく、Ｙ、Ｃｅなどの希土類元素は比重が高いために、アルミニウム基合金の比強度が低下するという懸念がある。 However, since the aluminum-based alloys of Patent Document 1 and Patent Document 2 contain expensive rare earth elements including highly active Y and Ce, not only the cost becomes high, but the rare earth elements such as Y and Ce have a specific gravity. There is a concern that the specific strength of the aluminum-based alloy is lowered due to its high value.
そこで、本発明は、良好な強度および耐熱性を有しながらも比重を低減して比強度の低下を防止することができるアルミニウム基合金を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the aluminum base alloy which can reduce a specific gravity and can prevent the fall of a specific strength, having favorable intensity | strength and heat resistance.
前記課題を解決する本発明は、アルミニウムを主成分とする合金溶湯が過冷却されてなるアルミニウム基合金であって、前記合金溶湯は、準結晶相を形成可能な元素Ｑ１と、前記準結晶の形成を補助する元素Ｑ２と、前記合金溶湯の過冷却状態を安定化させると共に結晶相の晶出を遅らせる元素Ｐ１とを含み、微細な非晶質相と、アルミニウム結晶相またはアルミニウムの過飽和固溶体相中との混合組織であることを特徴とする。
このアルミニウム基合金では、合金溶湯に準結晶相を形成可能な元素Ｑ１を含みながらも、準結晶相よりも非晶質（アモルファス）相が優先的に形成されたものである。つまり、このアルミニウム基合金は、準結晶相を実質的に含まない準結晶相非含有組織となっている。なお、ここでの「準結晶相を実質的に含まない」とは、Ｘ線回折による解析で準結晶相が確認されないことを意味する。
このアルミニウム基合金では、微細な非晶質相と、アルミニウム結晶相もしくはアルミニウムの過飽和固溶体相との混合組織となっているので、高い強度を発揮すると共に優れた耐熱性を発揮する。
また、このアルミニウム基合金は、従来のアルミニウム基合金と異なって、高活性なＹ、Ｃｅ等の高価な希土類元素を使用しなくとも非晶質相を形成することができるので、比重を低減して比強度の低下を防止することができる。
The present invention for solving the above problems is an aluminum-based alloy obtained by supercooling a molten alloy containing aluminum as a main component, and the molten alloy includes an element Q1 capable of forming a quasicrystalline phase and the quasicrystalline Element Q2 that assists the formation, and element P1 that stabilizes the supercooled state of the molten alloy and delays the crystallization of the crystal phase, and includes a fine amorphous phase and an aluminum crystal phase or an aluminum supersaturated solid solution phase. It is a mixed tissue with the inside.
In this aluminum-based alloy, an amorphous phase is preferentially formed over the quasicrystalline phase, while the molten alloy contains the element Q1 capable of forming a quasicrystalline phase. That is, this aluminum-based alloy has a quasicrystalline phase-free structure that does not substantially contain a quasicrystalline phase. Here, “substantially free of quasicrystalline phase” means that no quasicrystalline phase is confirmed by analysis by X-ray diffraction.
Since this aluminum-based alloy has a mixed structure of a fine amorphous phase and an aluminum crystal phase or an aluminum supersaturated solid solution phase, it exhibits high strength and excellent heat resistance.
Further, unlike the conventional aluminum base alloy, this aluminum base alloy can form an amorphous phase without using an expensive rare earth element such as highly active Y, Ce, etc. Thus, a decrease in specific strength can be prevented.
また、前記課題を解決する本発明は、一般式：ＡｌｂａｌＱ１ａＱ２ｂＰ１ｃ（ただし、前記一般式中、Ｑ１は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、およびＬｉから選択される一種または二種以上の元素であり、Ｑ２は、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、およびＣｕから選択される一種または二種以上の元素であり、Ｐ１は、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＷから選択される一種または二種以上の元素であり、ａ、ｂ、およびｃのそれぞれは、原子％を表し、１≦ａ≦７、１≦ｂ≦７、１≦ｃ≦１０、およびｃ≧０．７５（ａ＋ｂ）の関係を満足する正数である）で示される合金溶湯を、冷却速度１×１０５〜１×１０７Ｋ／ｓｅｃで冷却して得られたアルミニウム基合金であって、微細な非晶質相と、アルミニウム結晶相またはアルミニウムの過飽和固溶体相中との混合組織であることを特徴とする。
また、このようなアルミニウム基合金は、非晶質相の単相のみからなっていてもよい。
このアルミニウム基合金では、１≦ａ≦７、および１≦ｂ≦７の関係を満足するように、Ｑ１のａ、およびＱ２のｂを規定することによって、準結晶相よりも非晶質相を優先的に形成する。そして、このアルミニウム基合金は、非晶質相を優先的に形成することによって、結晶相の晶出を抑制する。
また、このアルミニウム基合金では、１≦ｃ≦１０の関係を満足するように、Ｐ１のｃを規定することによって、合金溶湯の過冷却状態を安定化し、結晶相の晶出を抑制する。
また、このアルミニウム基合金では、ｃ≧０．７５（ａ＋ｂ）の関係を満足するように、Ｑ１のａ、Ｑ２のｂ、およびＰ１のｃを規定することによって、準結晶相よりも非晶質相の形成を優先させることができる。
In addition, the present invention for solving the above-described problems can be achieved by the general formula: Al bal Q1 a Q2 b P1 c (wherein Q1 is one or more selected from Mn, Cr, V, and Li) Q2 is one or more elements selected from Fe, Mo, Nb, and Cu, and P1 is Ti, Co, Zr, Si, Ni, Ge, Ca, Sr, Ba And one or more elements selected from W, each of a, b, and c represents atomic%, 1 ≦ a ≦ 7, 1 ≦ b ≦ 7, 1 ≦ c ≦ 10, And an aluminum-based alloy obtained by cooling a molten alloy represented by c ≧ 0.75 (a + b) at a cooling rate of 1 × 10 5 to 1 × 10 7 K / sec. A fine amorphous phase and an aluminum crystal phase or It is a mixed structure with the supersaturated solid solution phase of aluminum.
Moreover, such an aluminum-based alloy may consist of only a single phase of an amorphous phase.
In this aluminum-based alloy, by defining a in Q1 and b in Q2 so as to satisfy the relations of 1 ≦ a ≦ 7 and 1 ≦ b ≦ 7, an amorphous phase is formed rather than a quasicrystalline phase. Form with priority. The aluminum-based alloy suppresses crystallization of the crystal phase by preferentially forming an amorphous phase.
Further, in this aluminum-based alloy, by defining c of P1 so as to satisfy the relationship of 1 ≦ c ≦ 10, the supercooled state of the molten alloy is stabilized and the crystallization of the crystal phase is suppressed.
Further, in this aluminum-based alloy, by defining a in Q1, b in Q2, and c in P1 so as to satisfy the relationship of c ≧ 0.75 (a + b), it is more amorphous than the quasicrystalline phase. Phase formation can be prioritized.
このようなアルミニウム基合金においては、ａ、ｂ、およびｃは、３≦（ａ＋ｂ＋ｃ）≦１４の関係を満足する正数であることが望ましい。
このようなアルミニウム基合金によれば、３≦（ａ＋ｂ＋ｃ）≦１４を満たすことによって、比重の高い溶質元素（Ｑ１、Ｑ２、およびＰ１）の量が少なくなるので、アルミニウム基合金の比強度が更に向上する。
In such an aluminum-based alloy, a, b, and c are preferably positive numbers that satisfy the relationship of 3 ≦ (a + b + c) ≦ 14.
According to such an aluminum base alloy, since the amount of solute elements (Q1, Q2, and P1) having a high specific gravity is reduced by satisfying 3 ≦ (a + b + c) ≦ 14, the specific strength of the aluminum base alloy is further increased. improves.
本発明によれば、良好な強度および耐熱性を維持しつつ比重を低減して比強度の低下を防止することができるアルミニウム基合金を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an aluminum-based alloy capable of reducing specific gravity and preventing a decrease in specific strength while maintaining good strength and heat resistance.
≪アルミニウム基合金の構成≫
本実施形態に係るアルミニウム基合金は、アルミニウムを主成分とする合金溶湯を過冷却して得られた合金である。
そして、本実施形態に係るアルミニウム基合金は、後記するように、準結晶相を形成可能な後記する元素Ｑ１を含みながらも、アルミニウム基合金を構成する成分の組成比を後記する所定の範囲に設定することで、準結晶相よりも優先的に非晶質相を形成させたことを特徴とする。つまり、詳しくは後記するが、本実施形態に係るアルミニウム基合金は、微細な非晶質相と、アルミニウム結晶相もしくはアルミニウムの過飽和固溶体相との混合組織、または非晶質相のみの単相からなっている。言い換えれば、本実施形態に係るアルミニウム基合金は、準結晶相を実質的に有していない準結晶相非含有組織となっている。なお、ここで「実質的に準結晶相を有していない」とは、Ｘ線回折による解析で準結晶相が確認されないことを意味する。
以下、アルミニウム基合金の組成、アルミニウム基合金の結晶構造の順で説明する。
≪Configuration of aluminum base alloy≫
The aluminum-based alloy according to this embodiment is an alloy obtained by supercooling a molten alloy containing aluminum as a main component.
And, as described later, the aluminum-based alloy according to the present embodiment includes the element Q1 described later capable of forming a quasicrystalline phase, but the composition ratio of components constituting the aluminum-based alloy is within a predetermined range described later. By setting, the amorphous phase is formed preferentially over the quasicrystalline phase. That is, as will be described in detail later, the aluminum-based alloy according to the present embodiment is composed of a mixed structure of a fine amorphous phase and an aluminum crystalline phase or an aluminum supersaturated solid solution phase, or a single phase only of an amorphous phase. It has become. In other words, the aluminum-based alloy according to the present embodiment has a quasicrystalline phase-free structure that does not substantially have a quasicrystalline phase. Here, “substantially has no quasicrystalline phase” means that no quasicrystalline phase is confirmed by analysis by X-ray diffraction.
Hereinafter, the composition of the aluminum-based alloy and the crystal structure of the aluminum-based alloy will be described in this order.
＜アルミニウム基合金の組成＞
アルミニウムを主成分とする本実施形態に係るアルミニウム基合金は、合金溶湯と同じ次の一般式（１）
ＡｌｂａｌＱ１ａＱ２ｂＰ１ｃ・・・（１）
で示される。
このアルミニウム基合金は、元素Ｑ１と、元素Ｑ２と、元素Ｐ１とをそれぞれａ原子％、ｂ原子％、およびｃ原子％で含み、元素Ｑ１、元素Ｑ２、および元素Ｐ１以外の残部（bal：Balance）としてアルミニウムを含んでいる。
<Composition of aluminum-based alloy>
The aluminum-based alloy according to the present embodiment containing aluminum as a main component has the same general formula (1) as the molten alloy:
Al bal Q1 a Q2 b P1 c (1)
Indicated by
This aluminum-based alloy contains element Q1, element Q2, and element P1 in a atom%, b atom%, and c atom%, respectively, and the balance other than element Q1, element Q2, and element P1 (bal: Balance) ) Contains aluminum.
［元素Ｑ１］
元素Ｑ１は、アルミニウムを主成分とする合金溶湯に添加され、この合金溶湯が過冷却されることにより、アルミニウムと複合化し、アルミニウム基合金中で準結晶相を形成可能な元素である。しかしながら、この元素Ｑ１は、準結晶相を形成可能な元素でありながら、後記する所定の条件では準結晶相ではなく非晶質相を優先的に形成する。また、元素Ｑ１は、元素Ｑ２と組み合わせられることで、非晶質相を低溶質量で、つまり、少ない元素量で非晶質相を容易に生成させると共に、アルミニウム基合金の合金組織の熱的安定性を向上させる元素である。具体的には、元素Ｑ１は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、およびＬｉから選択される一種または二種以上の元素である。このような元素Ｑ１は、後記する所定の条件で正２０面体構造（または正１０角形構造）の基本クラスタを形成することができる。
[Element Q1]
The element Q1 is an element that is added to a molten alloy containing aluminum as a main component, and is supercooled so that it can be combined with aluminum to form a quasicrystalline phase in the aluminum-based alloy. However, the element Q1 is an element capable of forming a quasicrystalline phase, but preferentially forms an amorphous phase instead of a quasicrystalline phase under predetermined conditions described later. The element Q1 is combined with the element Q2 to easily generate an amorphous phase with a low dissolution mass, that is, with a small amount of element, and to improve the thermal structure of the alloy structure of the aluminum-based alloy. It is an element that improves stability. Specifically, the element Q1 is one or more elements selected from Mn, Cr, V, and Li. Such an element Q1 can form a basic cluster of a regular icosahedron structure (or a regular decagonal structure) under predetermined conditions described later.
［元素Ｑ２］
元素Ｑ２は、アルミニウムと元素Ｑ１により生成される準結晶中に固溶することで、準結晶を容易に生成させると共に、熱的安定性を向上させる元素である。言い換えると、元素Ｑ２は、元素Ｑ１による準結晶の形成を補助する元素である。しかしながら、この元素Ｑ２は、後記する所定の条件で元素Ｑ１が準結晶相ではなく非晶質相を優先的に形成する際に、非晶質相の形成を補助する元素となる。具体的には、元素Ｑ２は、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、およびＣｕから選択される一種または二種以上の元素である。
[Element Q2]
The element Q2 is an element that easily forms a quasicrystal and improves thermal stability by being dissolved in a quasicrystal formed by aluminum and the element Q1. In other words, the element Q2 is an element that assists the formation of a quasicrystal by the element Q1. However, the element Q2 is an element that assists the formation of an amorphous phase when the element Q1 preferentially forms an amorphous phase instead of a quasicrystalline phase under predetermined conditions described later. Specifically, the element Q2 is one or more elements selected from Fe, Mo, Nb, and Cu.
［元素Ｐ１］
元素Ｐ１は、合金溶湯が過冷却された際に、合金溶湯の過冷却状態を安定化させる元素である。そして、元素Ｐ１は、結晶相の晶出反応を低温域の過冷却度が高い状態まで抑制する機能を有する。その結果、結晶相が晶出する場合であっても結晶相をアルミニウム基合金中に微細に分散させることとなる。具体的には、元素Ｐ１は、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＷから選択される一種または二種以上の元素である。
[Element P1]
The element P1 is an element that stabilizes the supercooled state of the molten alloy when the molten alloy is supercooled. The element P1 has a function of suppressing the crystallization reaction of the crystal phase to a state where the degree of supercooling in the low temperature region is high. As a result, even when the crystal phase is crystallized, the crystal phase is finely dispersed in the aluminum-based alloy. Specifically, the element P1 is one or more elements selected from Ti, Co, Zr, Si, Ni, Ge, Ca, Sr, Ba, and W.
［元素Ｑ１、元素Ｑ２、および元素Ｐ１の組成比（原子％）］
前記一般式（１）において、元素Ｑ１のａ（原子％）は、結晶相の晶出を抑制する非晶質相の形成能を規定するものであって、１≦ａ≦７を満たす正数である。ａ原子％が１原子％より少ないと、非晶質相の形成能が不足して結晶相の晶出抑制効果が不充分となる。その結果、アルミニウム基合金の強度向上が望めない場合がある。また、ａ原子％が７原子％より多いと準結晶相を優先的に晶出することとなる。その結果、準結晶の分散量が過大となって、アルミニウム基合金の靭性が低下する場合がある。
[Composition ratio (atomic%) of element Q1, element Q2, and element P1]
In the general formula (1), a (atom%) of the element Q1 defines the ability to form an amorphous phase that suppresses crystallization of the crystal phase, and is a positive number that satisfies 1 ≦ a ≦ 7 It is. When a atomic% is less than 1 atomic%, the ability to form an amorphous phase is insufficient, and the effect of suppressing the crystallization of the crystalline phase becomes insufficient. As a result, it may not be possible to improve the strength of the aluminum-based alloy. On the other hand, when the a atomic% is more than 7 atomic%, the quasicrystalline phase is preferentially crystallized. As a result, the dispersion amount of the quasicrystal becomes excessive, and the toughness of the aluminum-based alloy may be lowered.
前記一般式（１）において、元素Ｑ２のｂ（原子％）は、元素Ｑ１のａ（原子％）と同様に、結晶相の晶出を抑制する非晶質相の形成能を規定するものであって、１≦ｂ≦７を満たす正数である。ｂ原子％が１原子％より少ないと、非晶質相の形成能が不足して結晶相の晶出抑制効果が不充分となる。その結果、アルミニウム基合金の強度向上が望めない場合がある。また、ｂ原子％が７原子％より多いと準結晶相を優先的に晶出することとなる。その結果、準結晶の分散量が過大となって、アルミニウム基合金の靭性が低下する場合がある。 In the general formula (1), b (atomic%) of the element Q2 defines the ability to form an amorphous phase that suppresses crystallization of the crystalline phase, similarly to a (atomic%) of the element Q1. It is a positive number satisfying 1 ≦ b ≦ 7. When b atom% is less than 1 atom%, the ability to form an amorphous phase is insufficient, and the effect of suppressing the crystallization of the crystal phase becomes insufficient. As a result, it may not be possible to improve the strength of the aluminum-based alloy. On the other hand, if the b atom% is more than 7 atom%, the quasicrystalline phase is preferentially crystallized. As a result, the dispersion amount of the quasicrystal becomes excessive, and the toughness of the aluminum-based alloy may be lowered.
前記一般式（１）において、元素Ｐ１のｃ（原子％）は、アルミニウム基合金の過冷却状態の安定度を規定するものであって、１≦ｃ≦１０を満たす正数である。ｃ原子％が１原子％より少ないと、過冷却状態が不安定となって、結晶相の晶出が促進される。その結果、得られるアルミニウム基合金の機械的特性が低下する場合がある。また、ｃ原子％が１０原子％より多いと、過冷却状態の安定度が高まるが、得られるアルミニウム基合金の比重が増加する。その結果、アルミニウム基合金の比強度が低下する場合がある。 In the general formula (1), c (atomic%) of the element P1 defines the stability of the supercooled state of the aluminum-based alloy, and is a positive number that satisfies 1 ≦ c ≦ 10. When c atom% is less than 1 atom%, the supercooled state becomes unstable and crystallization of the crystal phase is promoted. As a result, the mechanical properties of the resulting aluminum-based alloy may be degraded. On the other hand, when c atom% is more than 10 atom%, the stability of the supercooled state increases, but the specific gravity of the resulting aluminum-based alloy increases. As a result, the specific strength of the aluminum-based alloy may decrease.
そして、これらのａ（原子％）、ｂ（原子％）、およびｃ（原子％）は、ｃ≧０．７５（ａ＋ｂ）の関係を満足する正数である。このような関係を満足するようにａ（原子％）、ｂ（原子％）、およびｃ（原子％）が規定された合金溶湯は、準結晶相よりも非晶質相の形成を優先させることができる。なお、ａ（原子％）、ｂ（原子％）、およびｃ（原子％）の関係が、ｃ＜０．７５（ａ＋ｂ）となる場合には、合金溶湯の準結晶の形成能が高いバランスとなって、冷却中に準結晶が優先的に晶出することとなる。 These a (atomic%), b (atomic%), and c (atomic%) are positive numbers that satisfy the relationship of c ≧ 0.75 (a + b). An alloy melt in which a (atomic%), b (atomic%), and c (atomic%) are defined so as to satisfy such a relationship gives priority to the formation of an amorphous phase over a quasicrystalline phase. Can do. When the relationship between a (atomic%), b (atomic%), and c (atomic%) is c <0.75 (a + b), the balance of the ability to form a quasicrystal of the molten alloy is high. Thus, the quasicrystal is preferentially crystallized during cooling.
また、ａ（原子％）、ｂ（原子％）、およびｃ（原子％）は、３≦(ａ＋ｂ＋ｃ）≦１４の関係を満足する正数であることが望ましい。このような範囲を満たすことによって、アルミニウムよりも比重が大きい溶質元素、つまり、元素Ｑ１、元素Ｑ２、および元素Ｐ１の量が少なくなって、得られるアルミニウム基合金の比強度が向上する。 Further, a (atomic%), b (atomic%), and c (atomic%) are desirably positive numbers that satisfy the relationship of 3 ≦ (a + b + c) ≦ 14. By satisfying such a range, the amount of the solute element having a specific gravity greater than that of aluminum, that is, the element Q1, the element Q2, and the element P1 is reduced, and the specific strength of the obtained aluminum-based alloy is improved.
＜アルミニウム基合金の結晶構造＞
次に、本実施形態に係るアルミニウム基合金の結晶構造について説明する。
本実施形態に係るアルミニウム基合金は、前記したように、微細な非晶質相と、アルミニウム結晶相もしくはアルミニウムの過飽和固溶体相との混合組織、または非晶質相のみの単相からなっている。
<Crystal structure of aluminum-based alloy>
Next, the crystal structure of the aluminum-based alloy according to this embodiment will be described.
As described above, the aluminum-based alloy according to the present embodiment is composed of a mixed structure of a fine amorphous phase and an aluminum crystal phase or an aluminum supersaturated solid solution phase, or a single phase consisting of only an amorphous phase. .
また、本実施形態に係るアルミニウム基合金は、前記したように、アルミニウムを主成分とする合金溶湯を過冷却したものである。そして、本実施形態に係るアルミニウム基合金は、非晶質相を含んだ構造とするために、合金溶湯の過冷却状態を安定させ、かつ平衡相である結晶相よりも非平衡相である非晶質相を形成しやすい状態に設定して得られたものである。つまり、本実施形態に係るアルミニウム基合金は、結晶相の晶出反応を抑制するために、元素Ｑ１、元素Ｑ２、および元素Ｐ１を含む液相や固相の準安定性を高くし、高温での平衡相への変態を抑え、晶出反応をできる限り低温域の過冷却度が高い状態で起こさせるようにして得られたものである。 Further, as described above, the aluminum-based alloy according to this embodiment is obtained by supercooling a molten alloy containing aluminum as a main component. Since the aluminum-based alloy according to this embodiment has a structure including an amorphous phase, the supercooled state of the molten alloy is stabilized, and the non-equilibrium phase is a non-equilibrium phase rather than the crystal phase that is an equilibrium phase. It was obtained by setting the crystalline phase to a state where it is easy to form. That is, in order to suppress the crystallization reaction of the crystal phase, the aluminum-based alloy according to the present embodiment increases the metastability of the liquid phase or solid phase containing the element Q1, the element Q2, and the element P1, and at a high temperature. This is obtained by suppressing the transformation to the equilibrium phase and causing the crystallization reaction to occur in a state where the degree of supercooling in the low temperature region is as high as possible.
非晶質相の体積率は、アルミニウム基合金の強度と延性のバランスを考慮し、アルミニウム基合金の全体積に対して５０％以上であることが望ましい。非晶質相の体積率が５０％未満であると、非晶質相による強度の向上が不充分となる場合がある。この非晶質相の体積率は、後記するアルミニウム基合金の製造段階において、溶質元素（Ｑ１、Ｑ２、およびＰ１）量や冷却速度を調整することによって適宜に制御される。 The volume fraction of the amorphous phase is preferably 50% or more with respect to the total volume of the aluminum-based alloy in consideration of the balance between the strength and ductility of the aluminum-based alloy. If the volume fraction of the amorphous phase is less than 50%, the strength improvement by the amorphous phase may be insufficient. The volume fraction of the amorphous phase is appropriately controlled by adjusting the amount of solute elements (Q1, Q2, and P1) and the cooling rate in the production stage of an aluminum-based alloy described later.
アルミニウム基合金の組織中における結晶相の結晶の平均粒子径は、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。この平均粒子径が１０００ｎｍを超えると、アルミニウム基合金の強度の向上が期待できない場合がある。 The average particle size of crystals in the crystal phase in the structure of the aluminum-based alloy is preferably 1000 nm or less. If this average particle diameter exceeds 1000 nm, the strength of the aluminum-based alloy may not be expected to improve.
≪アルミニウム基合金の製造方法≫
次に、本実施形態に係るアルミニウム基合金の製造方法について説明する。
本実施形態に係るアルミニウム基合金は、前記一般式（１）の組成を有する合金溶湯を、単ロール法、双ロール法、各種アトマイズ法、スプレー法などの液体急冷法、スパッタリング法、メカニカルアロイング法、メカニカルグラインディング法などの製造方法を利用することによって得ることができる。
≪Method for manufacturing aluminum-based alloy≫
Next, the manufacturing method of the aluminum base alloy which concerns on this embodiment is demonstrated.
In the aluminum-based alloy according to the present embodiment, a molten alloy having the composition of the general formula (1) is used as a liquid quenching method such as a single roll method, a twin roll method, various atomizing methods, and a spray method, a sputtering method, and a mechanical alloying. It can be obtained by using a manufacturing method such as a method or a mechanical grinding method.
これらの製造方法において、合金溶湯の冷却速度は、１×１０５〜１×１０７Ｋ／ｓｅｃに設定する。
また、溶質元素の量、合金溶湯の冷却速度、集成材の加熱・加工温度、加工度等の製造条件を適宜に調整することにより、アルミニウム基合金において、非晶質相、微細な結晶相の分散状態を制御することができる。すなわち、前記製造条件を適宜に制御することにより、強度、延性、耐熱性などにおいて、所望の物性を有するアルミニウム基合金を得ることができる。
In these manufacturing methods, the cooling rate of the molten alloy is set to 1 × 10 5 to 1 × 10 7 K / sec.
In addition, by appropriately adjusting the production conditions such as the amount of solute element, the cooling rate of the molten alloy, the heating / processing temperature of the laminated material, the processing degree, etc., in the aluminum-based alloy, the amorphous phase and the fine crystalline phase The distributed state can be controlled. That is, by appropriately controlling the production conditions, an aluminum-based alloy having desired physical properties in strength, ductility, heat resistance, and the like can be obtained.
得られたアルミニウム基合金が非晶質相からなる単相組織、または非晶質と微細な結晶相とからなる混合組織であるかは、Ｘ線回折による解析によって確認することができる。この際、前記単相組織の場合には、回折パターンがハローパターンを示し、前記混合組織の場合には、回折パターンがハローパターンと微細な結晶相に起因する回折ピークとが合成されたパターンとなる。 Whether the obtained aluminum-based alloy has a single-phase structure composed of an amorphous phase or a mixed structure composed of an amorphous phase and a fine crystalline phase can be confirmed by analysis by X-ray diffraction. At this time, in the case of the single-phase structure, the diffraction pattern shows a halo pattern, and in the case of the mixed structure, the diffraction pattern is a pattern in which a halo pattern and a diffraction peak due to a fine crystal phase are synthesized. Become.
また、非晶質相は、結晶化温度以上で加熱することによって結晶相に分解する。この分解を利用することによって、前記混合組織の構造、つまり非晶質相と結晶相との割合を制御することができる。
そして、本実施形態に係るアルミニウム基合金は、結晶化温度近傍（結晶化温度±１００℃）、または微細な結晶相の安定温度領域内の高温域において軟化するので、容易に押し出し加工や、プレス加工、熱間鍛造等の加工を施すことができる。
The amorphous phase is decomposed into a crystalline phase by heating at a temperature higher than the crystallization temperature. By utilizing this decomposition, the structure of the mixed structure, that is, the ratio between the amorphous phase and the crystalline phase can be controlled.
The aluminum-based alloy according to the present embodiment softens in the vicinity of the crystallization temperature (crystallization temperature ± 100 ° C.) or in the high temperature region within the stable temperature region of the fine crystal phase. Processing such as processing and hot forging can be performed.
＜アルミニウム基合金の作用効果＞
以上説明した本実施形態に係るアルミニウム基合金によれば、以下の作用効果を得ることができる。
このアルミニウム基合金は、微細な非晶質相と、アルミニウム結晶相もしくはアルミニウムの過飽和固溶体相との混合組織、または非晶質相のみの単相からなっているので、高い強度を発揮すると共に優れた耐熱性を発揮する。
<Effect of aluminum-based alloy>
According to the aluminum-based alloy according to the present embodiment described above, the following functions and effects can be obtained.
This aluminum-based alloy consists of a mixed structure of a fine amorphous phase and an aluminum crystalline phase or a supersaturated solid solution phase of aluminum, or a single phase consisting only of an amorphous phase, so that it exhibits high strength and is excellent. Exhibits high heat resistance.
また、非晶質相のみの単相からなるアルミニウム基合金は、結晶粒界が存在しないので、その表面が極めて平滑となる。その結果、このアルミニウム基合金は、電子材料や、耐食材料として好適に使用することができる。 In addition, since an aluminum-based alloy consisting of a single phase containing only an amorphous phase has no grain boundaries, the surface thereof becomes extremely smooth. As a result, this aluminum-based alloy can be suitably used as an electronic material or a corrosion-resistant material.
また、このアルミニウム基合金は、高価な希土類金属を含んでいないため、低コストである。 Moreover, since this aluminum-based alloy does not contain an expensive rare earth metal, the cost is low.
また、このアルミニウム基合金は、高活性なＹ、Ｃｅなどの希土類元素を含んでいないため、その表面の不動態膜に不均一が発生せず、腐食が進行することもない。言い換えると、アルミニウム基合金が高活性な希土類元素を含む場合、その活性のため、アルミニウム基合金の表面の不動態膜に不均一が生じ、その不均一の部分から内部への腐食が進行する傾向を有するが、本実施形態に係るアルミニウム基合金は、このような不均一が発生することはない。 In addition, since this aluminum-based alloy does not contain highly active rare earth elements such as Y and Ce, non-uniformity does not occur in the passive film on the surface, and corrosion does not proceed. In other words, when the aluminum-based alloy contains a highly active rare earth element, due to its activity, non-uniformity occurs in the passive film on the surface of the aluminum-based alloy, and the corrosion tends to progress from the non-uniform portion to the inside. However, the aluminum-based alloy according to the present embodiment does not cause such nonuniformity.
また、このアルミニウム基合金は、比重の大きな元素も含まないため、アルミニウム基合金の比強度が低下することもない。 Moreover, since this aluminum-based alloy does not contain an element having a large specific gravity, the specific strength of the aluminum-based alloy does not decrease.
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１〜２３、および比較例１〜２）
（１−１）薄帯状のアルミニウム基合金の作製
実施例１〜２３、および比較例１〜２では、
一般式：ＡｌｂａｌＱ１ａＱ２ｂＰ１ｃ・・・（１）
（ただし、前記一般式（１）中、Ｑ１は、準結晶相を形成可能な元素を表し、Ｑ２は、準結晶の形成を補助する元素を表し、Ｐ１は、合金溶湯の過冷却状態を安定化させると共に結晶相の晶出を遅らせる元素を表す）
で示される母合金であって、後記する表１〜表３に示すａ、ｂ、およびｃで規定される組成比（原子％）のものをアーク溶解炉で溶製することで合金溶湯が調製された。なお、表１〜表３中には、ｃ／（ａ＋ｂ）の値を併記している。
Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated further more concretely.
(Examples 1 to 23 and Comparative Examples 1 and 2)
(1-1) Production of ribbon-like aluminum-based alloy In Examples 1 to 23 and Comparative Examples 1 and 2,
General formula: Al bal Q1 a Q2 b P1 c (1)
(In the general formula (1), Q1 represents an element capable of forming a quasicrystalline phase, Q2 represents an element assisting the formation of a quasicrystal, and P1 stabilizes the supercooled state of the molten alloy.) And represents the element that delays the crystallization of the crystal phase)
A molten alloy is prepared by melting an alloy having a composition ratio (atomic%) defined by a, b, and c shown in Tables 1 to 3 described later in an arc melting furnace. It was done. In Tables 1 to 3, the value of c / (a + b) is also shown.
この合金溶湯を単ロール液体急冷装置に供給することによってアルミニウム基合金が作製された。図１は、実施例のアルミニウム基合金の作製に使用した単ロール液体急冷装置の側面図である。図１に示すように、単ロール液体急冷装置１は、直径２００ｍｍの純銅製冷却ロール４を備えている。この純銅製冷却ロール４は、その回転速度が４０００ｒｐｍに設定されると共に、０．１３３Ｐａ（１×１０-3Ｔｏｒｒ）以下のＡｒ雰囲気に配置された。 An aluminum-based alloy was produced by supplying this molten alloy to a single roll liquid quenching apparatus. FIG. 1 is a side view of a single roll liquid quenching apparatus used for producing an aluminum-based alloy of an example. As shown in FIG. 1, the single roll liquid quenching apparatus 1 includes a pure copper cooling roll 4 having a diameter of 200 mm. The pure copper cooling roll 4 was set at a rotational speed of 4000 rpm, and was placed in an Ar atmosphere of 0.133 Pa (1 × 10 −3 Torr) or less.
この単ロール液体急冷装置１では、石英ガラス製ノズル２に合金溶湯３が供給される。この石英ガラス製ノズル２には、その下側を包囲するように高周波加熱コイル６が設けられている。そして、石英ガラス製ノズル２の下端に設けられた出口は、純銅製冷却ロール４の外周面に近接するように配置されている。そして、石英ガラス製ノズル２から回転する純銅製冷却ロール４に供給される合金溶湯３が急冷凝固することによって、薄帯状（厚さ２０μｍ、幅１．５ｍｍのリボン状）のアルミニウム基合金５が作製されることとなる。なお、アルミニウム基合金の冷却速度は、約１×１０７Ｋ／ｓｅｃとした。 In the single roll liquid quenching apparatus 1, molten alloy 3 is supplied to a quartz glass nozzle 2. The quartz glass nozzle 2 is provided with a high-frequency heating coil 6 so as to surround the lower side thereof. And the exit provided in the lower end of the nozzle 2 made from quartz glass is arrange | positioned so that the outer peripheral surface of the pure copper cooling roll 4 may be adjoined. Then, the molten alloy 3 supplied to the pure copper cooling roll 4 rotating from the quartz glass nozzle 2 is rapidly cooled and solidified, so that the ribbon-like aluminum base alloy 5 having a thickness of 20 μm and a width of 1.5 mm is formed. It will be produced. The cooling rate of the aluminum-based alloy was about 1 × 10 7 K / sec.
（１−２）アルミニウム基合金の分析
（１−２−１）結晶構造
実施例１〜２３、および比較例１〜２で得られたアルミニウム基合金について、Ｘ線回折による解析が行われた。その結果を表１〜表３に示す。なお、表１〜表３中の「構造」の欄では、アルミニウム基合金のアルミニウムの結晶相またはアルミニウムの過飽和固溶体相を「ｆｃｃ−Ａｌ」と略記し、非晶質（アモルファス）相を「Ａｍｏ」と略記し、正二十面体の準結晶相は、「ＱＣ．」と略記している。
(1-2) Analysis of aluminum-based alloy (1-2-1) Crystal structure The aluminum-based alloys obtained in Examples 1 to 23 and Comparative Examples 1 and 2 were analyzed by X-ray diffraction. The results are shown in Tables 1 to 3. In the column of “Structure” in Tables 1 to 3, the aluminum crystal phase or the aluminum supersaturated solid solution phase of the aluminum-based alloy is abbreviated as “fcc-Al”, and the amorphous phase is referred to as “Amo”. The icosahedral quasicrystalline phase is abbreviated as “QC.”.
実施例１、および実施例５〜２３、ならびに比較例１で得られたアルミニウム基合金は、表１〜表３に示すように、アルミニウムの結晶相またはアルミニウムの過飽和固溶体相と、非晶質相との混合組織を有していることが確認された。
そして、実施例２〜４、および比較例２で得られたアルミニウム基合金は、表１および表３に示すように、非晶質相のみの単相組織を有していることが確認された。
As shown in Tables 1 to 3, the aluminum-based alloys obtained in Example 1 and Examples 5 to 23 and Comparative Example 1 were formed of an aluminum crystalline phase or an aluminum supersaturated solid solution phase and an amorphous phase. It was confirmed to have a mixed tissue.
And as shown in Table 1 and Table 3, it was confirmed that the aluminum-base alloys obtained in Examples 2 to 4 and Comparative Example 2 have a single phase structure of only an amorphous phase. .
ここで参照する図２は、実施例２で得られたアルミニウム基合金についてＸ線回折による解析を行った際のチャートである。図３（ａ）は、実施例２で得られたアルミニウム基合金から切り出した試験片のＴＥＭによる電子顕微鏡写真である。図３（ｂ）は、図３（ａ）中の組織から撮影した制限視野電子線回折像写真である。図４は、実施例５で得られたアルミニウム基合金についてＸ線回折による解析を行った際のチャートである。図５（ａ）は、実施例５で得られたアルミニウム基合金から切り出した試験片のＴＥＭによる電子顕微鏡写真である。図５（ｂ）は、図５（ａ）中の組織から撮影した制限視野電子線回折像写真である。 FIG. 2 referred to here is a chart when the aluminum-based alloy obtained in Example 2 is analyzed by X-ray diffraction. 3A is an electron micrograph of a test piece cut out from the aluminum-based alloy obtained in Example 2 by TEM. FIG. 3B is a limited field electron diffraction image photograph taken from the tissue in FIG. FIG. 4 is a chart when the aluminum-based alloy obtained in Example 5 is analyzed by X-ray diffraction. FIG. 5A is an electron micrograph of a test piece cut out from the aluminum-based alloy obtained in Example 5 by TEM. FIG. 5B is a limited-field electron diffraction image photograph taken from the tissue in FIG.
図２に示すように、実施例２で得られたアルミニウム基合金のチャートには急峻なピークが認められず、このチャートは、非晶質相に特有のハローパターンを示している。
また、図３（ｂ）に示すように、実施例２で得られたアルミニウム基合金の制限視野電子線回折像は、非晶質相に特有のハローパターンを示している。また、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、実施例２で得られたアルミニウム基合金の組織中には結晶相が確認されず、このアルミニウム基合金は、非晶質相の単相からなる合金であることを示している。
As shown in FIG. 2, a sharp peak is not recognized in the chart of the aluminum-based alloy obtained in Example 2, and this chart shows a halo pattern peculiar to the amorphous phase.
Further, as shown in FIG. 3B, the limited-field electron diffraction pattern of the aluminum-based alloy obtained in Example 2 shows a halo pattern unique to the amorphous phase. Further, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), no crystal phase was confirmed in the structure of the aluminum-based alloy obtained in Example 2, and this aluminum-based alloy is not a single phase in an amorphous phase. It shows that the alloy consists of phases.
そして、図４に示すように、実施例５で得られたアルミニウム基合金のチャートには、（１１１）、（２００）、（２２０）、および（３１１）で示されるｆｃｃ構造のアルミニウムの結晶相のピークであり、これらのピークは、比較的にブロードなピークとなっている。このことから、実施例５で得られたアルミニウム基合金は、ｆｃｃ構造の微細なアルミニウムの結晶相と、非晶質相の混合組織となっている合金であることを示している。 As shown in FIG. 4, the aluminum-based alloy chart obtained in Example 5 shows the aluminum crystalline phase of the fcc structure represented by (111), (200), (220), and (311). These peaks are relatively broad peaks. This indicates that the aluminum-based alloy obtained in Example 5 is an alloy having a mixed structure of a fine aluminum crystal phase having an fcc structure and an amorphous phase.
また、図５（ａ）に示すように、実施例５で得られたアルミニウム基合金は、黒く粒状に見えるｆｃｃ構造の微細なアルミニウムの結晶相と、その背景で白色（灰色）に見える非晶質相とを有していることが確認された。ちなみに、アルミニウムの結晶相の大きさは、約２０ｎｍ以下であり、その体積率は約２０％程度であった。 Further, as shown in FIG. 5 (a), the aluminum-based alloy obtained in Example 5 is a fine aluminum crystal phase having an fcc structure that looks black and granular, and an amorphous material that appears white (gray) in the background. It was confirmed that it had a quality phase. Incidentally, the size of the crystal phase of aluminum was about 20 nm or less, and the volume ratio was about 20%.
また、図５（ｂ）に示すように、実施例５で得られたアルミニウム基合金の制限視野電子線回折像は、非晶質相からのハローパターンと、ｆｃｃ構造の微細なアルミニウムの結晶相からのリング状パターンとを重ね合わせたものである。このことから、実施例５で得られたアルミニウム基合金は、ｆｃｃ構造の微細なアルミニウムの結晶相と、非晶質相の混合組織となっている合金であることを示している。 Further, as shown in FIG. 5B, the limited-field electron diffraction image of the aluminum-based alloy obtained in Example 5 shows a halo pattern from an amorphous phase and a fine aluminum crystal phase having an fcc structure. And a ring-shaped pattern from This indicates that the aluminum-based alloy obtained in Example 5 is an alloy having a mixed structure of a fine aluminum crystal phase having an fcc structure and an amorphous phase.
（１−２−２）硬度
実施例１〜２３、および比較例１〜２で得られたアルミニウム基合金について、２５ｇの微小ヴィッカース硬度計によって、室温における硬度（以下、単に「硬度（Ｈｖ）」という）の測定が行われた。その結果を表１〜表３に示す。
(1-2-2) Hardness About the aluminum-based alloys obtained in Examples 1 to 23 and Comparative Examples 1 and 2, the hardness at room temperature (hereinafter simply referred to as “hardness (Hv)”) was measured by a 25 g micro Vickers hardness tester. Measurement). The results are shown in Tables 1 to 3.
（１−２−３）結晶化温度
実施例１〜２３、および比較例１〜２で得られたアルミニウム基合金について、結晶化温度Ｔｘの測定が行われた。結晶化温度Ｔｘは、４０Ｋ／ｍｉｎで加熱した示差走査熱分析曲線における最初の発熱ピーク温度（非晶質相の分解・結晶化温度）である。
(1-2-3) Crystallization temperature The crystallization temperature Tx of the aluminum-based alloys obtained in Examples 1 to 23 and Comparative Examples 1 and 2 was measured. The crystallization temperature Tx is the first exothermic peak temperature (decomposition / crystallization temperature of the amorphous phase) in the differential scanning calorimetry curve heated at 40 K / min.
（１−２−４）密度
実施例１〜２３、および比較例１〜２で得られたアルミニウム基合金について、密度の測定が定法によって行われた。その結果を表１〜表３に示す。
(1-2-4) Density For the aluminum-based alloys obtained in Examples 1 to 23 and Comparative Examples 1 and 2, the density was measured by a conventional method. The results are shown in Tables 1 to 3.
（１−３）アルミニウム基合金の評価結果
表１〜表３に示すように、実施例１〜２３で得られたアルミニウム基合金の硬度（Ｈｖ）は、約３５０〜５００となっている。通常のアルミニウム基合金の硬度（Ｈｖ）が、５０〜１００程度であることから、実施例１〜２３で得られたアルミニウム基合金は、極めて高い硬度を有しており、高強度であることを示している。
(1-3) Evaluation Results of Aluminum-Based Alloy As shown in Tables 1 to 3, the hardness (Hv) of the aluminum-based alloys obtained in Examples 1 to 23 is about 350 to 500. Since the hardness (Hv) of a normal aluminum base alloy is about 50 to 100, the aluminum base alloys obtained in Examples 1 to 23 have extremely high hardness and high strength. Show.
また、実施例１〜２３で得られたアルミニウム基合金の結晶化温度（Ｔｘ）は、３５０℃以上となっており、耐熱性が良好であることを示している。 Moreover, the crystallization temperature (Tx) of the aluminum-based alloys obtained in Examples 1 to 23 is 350 ° C. or higher, which indicates that the heat resistance is good.
また、希土類元素を含まない実施例１〜２３で得られたアルミニウム基合金は、その硬度（Ｈｖ）が希土類元素（Ｌａ、Ｃｅ）を含む比較例１および比較例２で得られたアルミニウム基合金の硬度（Ｈｖ）と同等以上であると共に、その密度が比較例１および比較例２のものよりも低く低比重となる。その結果、実施例１〜２３で得られたアルミニウム基合金は、比較例１および比較例２のものよりも比強度が高い。 In addition, the aluminum-based alloys obtained in Examples 1 to 23 containing no rare earth elements are the aluminum-based alloys obtained in Comparative Examples 1 and 2 whose hardness (Hv) contains rare earth elements (La, Ce). Is equal to or higher than the hardness (Hv), and the density is lower than those of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, resulting in a low specific gravity. As a result, the aluminum-based alloys obtained in Examples 1 to 23 have higher specific strength than those of Comparative Examples 1 and 2.
（比較例３〜２９）
前記一般式（１）で示される母合金であって、後記する表４〜表６に示すａ、ｂ、およびｃで規定される組成比（原子％）のものを、前記実施例１〜２３と同様にして薄帯状のアルミニウム基合金を作製した。なお、表４〜表６中には、ｃ／（ａ＋ｂ）の値を併記している。
(Comparative Examples 3-29)
Examples of the mother alloy represented by the general formula (1) having the composition ratio (atomic%) defined by a, b, and c shown in Tables 4 to 6 described later are used in Examples 1 to 23. In the same manner, a ribbon-like aluminum-based alloy was produced. In Tables 4 to 6, the value of c / (a + b) is also shown.
得られたアルミニウム基合金の構造を表４〜表６に示す。なお、表４〜表６中の「構造」の欄では、アルミニウム基合金のアルミニウムの結晶相またはアルミニウムの過飽和固溶体相を「ｆｃｃ−Ａｌ」と略記し、非晶質（アモルファス）相を「Ａｍｏ」と略記し、正二十面体の準結晶相は、「ＱＣ．」と略記し、金属間化合物相を「ＩＭＣ」を略記する。 Tables 4 to 6 show the structures of the obtained aluminum-based alloys. In the column of “Structure” in Tables 4 to 6, the aluminum crystal phase or the aluminum supersaturated solid solution phase of the aluminum-based alloy is abbreviated as “fcc-Al”, and the amorphous phase is referred to as “Amo”. The icosahedral quasicrystalline phase is abbreviated as “QC.”, And the intermetallic compound phase is abbreviated as “IMC”.
比較例３〜２９で得られたアルミニウム基合金は、表４〜表６に示すように、正二十面体の準結晶相を含んでいる点で、実施例１〜２３で得られたアルミニウム基合金と異なっている。ここで参照する図６は、アルミニウム基合金における非晶質相（アモルファス相）の出現領域と、準結晶相の出現領域とを示すグラフである。この図６は、前記一般式（１）のｃ（原子％）を縦軸にとり、（ａ＋ｂ）（原子％）を横軸にとって、実施例１〜２３で得られたアルミニウム基合金と、比較例３〜２９で得られたアルミニウム基合金とにおける非晶質相、および準結晶相（表１〜表６の構造の欄参照）の出現領域をｃおよび（ａ＋ｂ）に対応付けたグラフである。 As shown in Tables 4 to 6, the aluminum base alloys obtained in Comparative Examples 3 to 29 contain the icosahedral quasicrystalline phase, and thus the aluminum base alloys obtained in Examples 1 to 23. It is different from the alloy. FIG. 6 referred to here is a graph showing an appearance region of an amorphous phase (amorphous phase) and an appearance region of a quasicrystalline phase in an aluminum-based alloy. FIG. 6 shows the aluminum-based alloy obtained in Examples 1 to 23 and the comparative example, with c (atomic%) in the general formula (1) on the vertical axis and (a + b) (atomic%) on the horizontal axis. It is the graph which matched the appearance area | region of the amorphous phase in the aluminum base alloy obtained by 3-29, and the quasicrystalline phase (refer the column of the structure of Table 1-Table 6) with c and (a + b).
図６に示すように、非晶質相の出現領域と準結晶相の出現領域とを画する境界は、ｃ／（ａ＋ｂ）＝０．７５の関係を満たす直線で規定されることが判明した。言い換えれば、ｃ≧０．７５（ａ＋ｂ）となる領域では、非晶質相が出現し、ｃ＜０．７５（ａ＋ｂ）となる領域では、準結晶相が出現することが判明した。 As shown in FIG. 6, it was found that the boundary that defines the appearance region of the amorphous phase and the appearance region of the quasicrystalline phase is defined by a straight line that satisfies the relationship c / (a + b) = 0.75. . In other words, it has been found that an amorphous phase appears in a region where c ≧ 0.75 (a + b), and a quasicrystalline phase appears in a region where c <0.75 (a + b).
（実施例２４、２５、および比較例３０、３１）
実施例２４、２５では、前記一般式（１）で示される母合金であって、後記する表７に示すａ、ｂ、およびｃで規定される組成比（原子％）のものを、前記実施例１〜２３と同様にして薄帯状のアルミニウム基合金を作製した。つまり、実施例２４と比較例３０とは組成が同じであり、実施例２５と比較例３１とは組成が同じになっている。そして、比較例３０、３１では、純銅製冷却ロール４（図１参照）の回転速度を１０００ｒｐｍに設定してアルミニウム基合金の冷却速度を約１×１０３Ｋ／ｓｅｃに変更した以外は、前記実施例１〜２３と同様にして薄帯状のアルミニウム基合金を作製した。なお、表７中には、ｃ／（ａ＋ｂ）の値を併記している。
(Examples 24 and 25 and Comparative Examples 30 and 31)
In Examples 24 and 25, the master alloy represented by the general formula (1) having a composition ratio (atomic%) defined by a, b, and c shown in Table 7 to be described later is used. A ribbon-like aluminum-based alloy was produced in the same manner as in Examples 1-23. That is, Example 24 and Comparative Example 30 have the same composition, and Example 25 and Comparative Example 31 have the same composition. And in Comparative Examples 30 and 31, except that the rotational speed of the pure copper cooling roll 4 (see FIG. 1) was set to 1000 rpm and the cooling speed of the aluminum-based alloy was changed to about 1 × 10 3 K / sec. In the same manner as in Examples 1 to 23, a ribbon-like aluminum-based alloy was produced. In Table 7, the value of c / (a + b) is also shown.
得られたアルミニウム基合金の構造を表７に示す。なお、表７中の「構造」の欄では、アルミニウム基合金のＡｌ結晶相またはＡｌ過飽和固溶体相を「ｆｃｃ−Ａｌ」と略記し、非晶質（アモルファス）相を「Ａｍｏ」と略記し、正二十面体の準結晶相は、「ＱＣ．」と略記し、金属間化合物相を「ＩＭＣ」を略記する。 Table 7 shows the structure of the obtained aluminum-based alloy. In the column of “Structure” in Table 7, the Al crystal phase or Al supersaturated solid solution phase of the aluminum-based alloy is abbreviated as “fcc-Al”, and the amorphous phase is abbreviated as “Amo”. The icosahedral quasicrystalline phase is abbreviated as “QC.” And the intermetallic compound phase is abbreviated as “IMC”.
図７に示すように、実施例２４、２５では、非晶質相が確認されており、準結晶相は確認されていない。これに対して比較例３０、３１では、準結晶が確認されており、非晶質相は確認されていない。つまり、合金溶湯が同じ組成であっても冷却速度を１×１０３Ｋ／ｓｅｃから１×１０７Ｋ／ｓｅｃに変更することで、準結晶相を晶出させずに、非晶質相を晶出させることができることが判明した。 As shown in FIG. 7, in Examples 24 and 25, an amorphous phase was confirmed, and a quasicrystalline phase was not confirmed. On the other hand, in Comparative Examples 30 and 31, a quasicrystal was confirmed, and an amorphous phase was not confirmed. That is, even if the molten alloy has the same composition, the amorphous phase can be obtained without crystallization of the quasicrystalline phase by changing the cooling rate from 1 × 10 3 K / sec to 1 × 10 7 K / sec. It has been found that it can be crystallized.
１ 単ロール液体急冷装置
２ 石英ガラス製ノズル
３ 合金溶湯
４ 純銅製冷却ロール
５ アルミニウム基合金
６ 高周波加熱コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single roll liquid quenching apparatus 2 Quartz glass nozzle 3 Molten alloy 4 Pure copper cooling roll 5 Aluminum base alloy 6 High frequency heating coil
Claims (4)
前記合金溶湯は、準結晶相を形成可能な元素Ｑ１と、前記準結晶の形成を補助する元素Ｑ２と、前記合金溶湯の過冷却状態を安定化させると共に結晶相の晶出を遅らせる元素Ｐ１とを含み、
微細な非晶質相と、アルミニウム結晶相もしくはアルミニウムの過飽和固溶体相との混合組織、または非晶質相のみの単相からなることを特徴とするアルミニウム基合金。 An aluminum-based alloy obtained by supercooling a molten alloy containing aluminum as a main component,
The molten alloy includes an element Q1 that can form a quasicrystalline phase, an element Q2 that assists the formation of the quasicrystal, an element P1 that stabilizes the supercooled state of the molten alloy and delays crystallization of the crystalline phase. Including
An aluminum-based alloy comprising a mixed structure of a fine amorphous phase and an aluminum crystal phase or a supersaturated solid solution phase of aluminum, or a single phase containing only an amorphous phase.
（ただし、前記一般式中、Ｑ１は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、およびＬｉから選択される一種または二種以上の元素であり、Ｑ２は、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、およびＣｕから選択される一種または二種以上の元素であり、Ｐ１は、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＷから選択される一種または二種以上の元素であり、ａ、ｂ、およびｃのそれぞれは、原子％を表し、１≦ａ≦７、１≦ｂ≦７、１≦ｃ≦１０、およびｃ≧０．７５（ａ＋ｂ）の関係を満足する正数である）
で示される合金溶湯を、冷却速度１×１０５〜１×１０７Ｋ／ｓｅｃで冷却して得られたアルミニウム基合金であって、
微細な非晶質相と、アルミニウム結晶相またはアルミニウムの過飽和固溶体相中との混合組織であることを特徴とするアルミニウム基合金。 General formula: Al bal Q1 a Q2 b P1 c
(In the above general formula, Q1 is one or more elements selected from Mn, Cr, V, and Li, and Q2 is one or more elements selected from Fe, Mo, Nb, and Cu. Two or more elements, and P1 is one or more elements selected from Ti, Co, Zr, Si, Ni, Ge, Ca, Sr, Ba, and W, a, b, and each of c represents an atomic%, and is a positive number satisfying a relationship of 1 ≦ a ≦ 7, 1 ≦ b ≦ 7, 1 ≦ c ≦ 10, and c ≧ 0.75 (a + b))
An aluminum-based alloy obtained by cooling the molten alloy indicated by a cooling rate of 1 × 10 5 to 1 × 10 7 K / sec,
An aluminum-based alloy having a mixed structure of a fine amorphous phase and an aluminum crystal phase or an aluminum supersaturated solid solution phase.
（ただし、前記一般式中、Ｑ１は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、およびＬｉから選択される一種または二種以上の元素であり、Ｑ２は、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、およびＣｕから選択される一種または二種以上の元素であり、Ｐ１は、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、およびＷから選択される一種または二種以上の元素であり、ａ、ｂ、およびｃのそれぞれは、原子％を表し、１≦ａ≦７、１≦ｂ≦７、１≦ｃ≦１０、およびｃ≧０．７５（ａ＋ｂ）の関係を満足する正数である）
で示される合金溶湯を、冷却速度１×１０５〜１×１０７Ｋ／ｓｅｃで冷却して得られたアルミニウム基合金であって、
非晶質相のみの単相からなることを特徴とするアルミニウム基合金。 General formula: Al bal Q1 a Q2 b P1 c
(In the above general formula, Q1 is one or more elements selected from Mn, Cr, V, and Li, and Q2 is one or more elements selected from Fe, Mo, Nb, and Cu. Two or more elements, and P1 is one or more elements selected from Ti, Co, Zr, Si, Ni, Ge, Ca, Sr, Ba, and W, a, b, and each of c represents an atomic%, and is a positive number satisfying a relationship of 1 ≦ a ≦ 7, 1 ≦ b ≦ 7, 1 ≦ c ≦ 10, and c ≧ 0.75 (a + b))
An aluminum-based alloy obtained by cooling the molten alloy indicated by a cooling rate of 1 × 10 5 to 1 × 10 7 K / sec,
An aluminum-based alloy comprising a single phase of only an amorphous phase.
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